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汽車領域有哪些黑科技?

2015-11-19汽車

黑科技一般指超出一般水平的科技成果,黑科技之「黑」在於其他人至少在短時間內不能徹底明白其底層的科技原理。

按照這個邏輯,給大家介紹一個屬於奔馳F1車隊的黑科技,雙軸轉向系統DAS。

DAS(Dual Axis Steering)雙軸轉向系統

這套系統的科技含量超出一般F1賽車的轉向系統,關鍵還很「黑」,到目前為止,官方從未對外公布過「黑盒子」裏的具體是什麽,我們也只能根據各路資訊綜合去大概猜測一下這個黑盒子裏面的情況,如最終與官方原理存在出入之處,請以官方介紹為準。

但是以下內容對於大家理解基本的原理是沒有問題的。在介紹這套系統之前先復習一下車輪定位中的車輪外傾角(Camber)和前束角(Toe)

一、camber 車輪外傾角

車輪外傾角是從車輛縱向角度看,車輪中心線與縱向垂直面所成的角度,車輪向外傾斜為正角camber positive,反之為負角camber negative。

camber

一般民用車上設定的車輪外傾角為正,其目的主要是為了抵消車輛在載重作用下所帶來的懸架受力變形,使輪胎盡可能以最大表面積且受力均勻地貼合地面,避免輪胎偏磨損和受力件例如軸承的磨損。
但是如果大家對賽車高效能車觀察仔細的話,恰恰相反,其外傾角為負。

看車輪的角度

如此考慮的主要原因是,賽車一來其載重較小,且變化不大,二來,是為了追求更高的過彎速度。因為在高速過彎時,橫向的加速度會使得大量的載荷轉移到外側車輪上,且不僅有縱向垂直的載荷,還有橫向的加速度所帶來橫向受力,所以此時如果外傾角為正,會使得外側車輪胎的外邊緣載荷過大,輪胎胎面受力不均勻,內外溫度差過大,容易造成輪胎偏磨甚至爆胎等事故,所以賽車以及高效能車的輪胎外傾一般都調成負的。形象理解起來,負外傾角是為了盡量使車輛在離心力作用下輪胎更好地貼合地面。

當然如果是這種,不在以上討論之列。

不能理解的審美

大概是為了鉆別人鉆不進的桿吧。

汽車新用途:鉆桿

二、toe 前束角

前輪前束角從俯視車輛的角度看,輪胎所在的面與車輛縱向垂直面所成的角度,車輪向內時所成的角度為正toe in(內八),向外為負toe out(外八)。

toe

一般民用車的前輪前束角都為正角度 ,其目的是抵消外傾角所帶來的弊端,因為外傾角的設定,導致兩邊車輪都有向外捲動的趨勢,這種趨勢會給輪胎帶來橫向的滑磨,為了抵消掉這種輪胎橫向運動的趨勢,所以前輪一般設定為正的前束角,引起一種輪胎向內捲動的趨勢,來抵消外傾角所帶來的向外捲動的趨勢,從而使車輪能夠以純捲動的方式工作,降低輪胎的磨損。


賽車對於前束角的調整邏輯跟民用車不一樣,民用車根據正內傾角調成正前束角,是為了盡可能降低輪胎磨損, 而賽車根據負外傾角調整成負外傾角主要是為了獲得更好的彎道表現


所以前束角對於車輛的影響可簡單歸納如下:
Toe in的設定: 有轉向不足傾向,彎中轉向較為遲鈍,但在直道上全力加速和制軔時的穩定性會更好,而且在直道上toe in有更好的空氣動力學表現,能夠獲得更高的極速,對於胎溫,toe in的設定會使胎溫尤其是外側胎溫趨向於降低。

Toe out的設定: 有轉向過度傾向,可以使得車輛在入彎時轉向更靈活,但也更容易發生甩尾,所以一般會配合後輪toe in的設計來抵消一部份甩尾的趨勢,且toe out能更大程度利用內側車輪的抓地力,但是相對直線加速制軔時的穩定性會變差,對於胎溫度,toe out能夠使輪胎胎溫趨向於上升。

一句話粗暴概括:「直道需要toe in,彎道需要toe out。」

三、F1賽車一般是如何設定的?

F1賽車為了提高賽車在彎道中的抓地力和操控性,前輪一般采用 camber negative toe out 的設定,但是這樣的設定會使賽車在直道上行駛是輪胎內側會承受大部份的下壓力,導致輪胎內外溫差過大,也更容易出現磨損甚至過熱起泡。

但是如果調小camber的角度,彎道的抓地力又得不到保證,所以梅奔的DAS系統就是為了解決這對矛盾。

奔馳的DAS系統從目前掌握的資料來看,主要改變的是前輪前束角,也即改變toe角,來平衡W11在直道和彎道中的表現。具體工作原理如以下視訊所示。

簡單來講,主要是透過將原來的轉向齒條從一根改成兩根,獨立控制兩側的車輪轉向,透過向前或者向後移動轉向柱,就能透過齒輪齒條的斜齒來驅動兩條齒條的相對運動,有點轉向拉桿的意思,以此來改變前輪前束角。

三、如何使用DAS系統

目前奔馳一般在兩種情況下使用DAS系統:
一、大直道 ,進入大直道的時候,向後拉方向,增加toe in特性,使兩個前輪處於平行的狀態,保證加速和制軔過程中的直道穩定性,避免偏磨和局部過熱,在進入剎車區之後,向前推方向,增加toe out特性,獲得更好的轉向表現和過彎速度。而且車手推拉方向盤的動作正好與車輛在加速和制軔時的加速度方向相反,可以說是「順勢而為」,有點半自動的意思。

二、暖胎圈 ,盡可能使用toe out設定,使輪胎能夠盡快地升溫。

另外,據說,奔馳還可以在轉向過程中透過DAS降低前端底盤的高端,獲得更高的下壓力。

四、DAS系統的效果如何

根據紅牛馬爾科博士的觀點,奔馳依靠這套系統能夠平均單圈快0.2秒。

在圍場裏,單圈0.2秒的成績可能會引起天翻地覆的變化,更快的單圈不僅是排位的優勢,更大可能拿到好的發車位,同時也給了車隊在會內賽中制定更多更好策略的空間。所以之前紅牛才如此強制地抵制DAS系統。

紅牛抗議DAS

目前規則狀態下的F1已經不可能出現像當年的雙底盤系統,風扇車這種超級變革,梅奔的這套DAS系統應該是近幾年各大車隊在賽車研發領域的最大的顯性化改革了,尤其是一個已經拿到6冠的車隊來說,還有這種突破,實在是振奮人心。

五、有可能套用到民用車上嗎?

我感覺DAS系統有可能用在民用車的,只不過現在的狀態還不行,至少要達到自動化的程度,根據油門開度、剎車力度、車速、各向加速度等參數去自動調整參數,使車輛不僅能跟快也能更安全,當然這套技術可能只限於超跑或者高效能車,我相信這也是奔馳為什麽在FIA已經對這套系統下了禁令之後仍在不遺余力地去研究這套系統的原因了。